Ученые разработали аккумулятор на основе цианобактерий, который питает компьютер в течение полугода

ГлавнаяВ мире Тимур Галчанов

Ученые из Великобритании использовали широко распространенный вид цианобактерий для питания компьютера. Их система может стать дешевым и возобновляемым способом питания небольших электроприборов. В тестах цианобактерии в течение шести месяцев давали энергию компьютеру, который за это время вычислял сумму последовательных целых чисел для имитации работы под нагрузкой.

В контейнер размером чуть больше батарейки АА, изготовленный из алюминия и пластика, ученые из Кембриджского университета в Великобритании поместили цианобактерии Synechocystis , которые естественным образом получают солнечную энергию посредством фотосинтеза. Слабый электрический ток, который они генерировали, в течение шести месяцев использовался для питания микропроцессора.

Описание устройства и результаты испытаний опубликованы в журнале Energy & Environmental Science ( DOI: 10.1039/D2EE00233G ).

Цианобактерии как источник живой энергии

Проект, разработанный исследователями из Кембриджа, направлен на предоставление нового варианта питания для небольших электронных устройств. Постоянное развитие и быстрый технологический прогресс в последние годы означают, что требуется все больше и больше энергии. Аккумуляторы хорошие, но у них есть свои ограничения. Кроме того, они не только утяжеляют устройство, но и требуют дорогостоящих и токсичных веществ. Поэтому исследователи задумались о создании «живого источника энергии», который превращает имеющийся в природе материал в экологичную и простую энергетическую ячейку.

Разработанная ими система изготовлена ​​из легкодоступных и недорогих материалов, которые в значительной степени пригодны для повторного использования. Это означает, что его можно легко воспроизвести для питания большого количества небольших устройств в рамках, например, Интернета вещей. Ученые говорят, что это, вероятно, будет наиболее полезно в районах, где нет доступа в Интернет.

«Развивающийся Интернет вещей требует все больше и больше энергии, и мы считаем, что она должна исходить от систем, которые могут генерировать энергию, а не просто хранить ее, как батареи», — сказал профессор Кристофер Хоу с кафедры биохимии Кембриджского университета, соавтор исследования. бумага. «Наше фотосинтетическое устройство не разряжается, как батарея, потому что оно постоянно использует свет в качестве источника энергии», — добавил он.

Фотосинтетическое устройство

Цианобактерии не нуждаются в подкормках, так как в процессе фотосинтеза производят себе пищу. Достаточно обеспечить им соответствующие условия, и они будут вырабатывать энергию, не пополняя питательные вещества, поэтому развитый фотосинтетический аппарат не исчерпывается энергией, так как черпает энергию из солнечного света.

Установка на основе цианобактерий смогла обеспечить энергией компьютер на полгода. Система работала дома, при естественном освещении. Он также подвергался воздействию колебаний температуры, типичных для домашнего хозяйства.

Цианобактерии позволяли компьютеру работать циклами: 45 минут использования с последующими 15 минутами ожидания. Однако никаких сложных действий компьютер не производил. Он вычислил сумму последовательных целых чисел, чтобы имитировать вычислительную работу. Система потребляла 0,3 мкВт энергии во время работы и 0,24 Вт в режиме ожидания.

В идеальных лабораторных условиях версия элемента размером с батарейку типа АА могла производить чуть более четырех микроватт. Тем не менее, команда считает, что из цианобактерий можно выжать больше.

Энергия также ночью

— Нас впечатлило, как стабильно работала система на протяжении длительного времени. Сначала мы думали, что это может прекратиться через несколько недель, но это просто сработало, — сказал ведущий автор доктор Паоло Бомбелли с кафедры биохимии Кембриджского университета.

Однако не ясно, как это происходит. Команда считает, что наиболее вероятным объяснением является то, что цианобактерии выделяют электроны во время фотосинтеза. Интересно, что хотя для фотосинтеза требуется свет, устройство может производить энергию даже в темное время суток.

В экспериментах недостаток света никак не влиял на мощность. Этот был стабилен как днем, так и ночью. Ученые полагают, что это может быть связано с тем, что цианобактерии перерабатывают часть своей пищи после захода солнца и отсутствия света, и это все еще вырабатывает электричество.

Интернет вещей

Такой цианобактериальной батареи еще недостаточно для питания дома — масштабируемость все еще исследуется, но ее, безусловно, достаточно для питания небольших устройств, особенно в удаленных местах. В эксперименте устройство использовалось для питания процессора Arm Cortex M0+ — микропроцессора, широко используемого в устройствах Интернета вещей.

Интернет вещей — это растущая сеть электронных устройств, которые собирают и обмениваются данными в режиме реального времени через Интернет. Каждое из этих устройств потребляет лишь небольшое количество энергии. Частью этой сети являются многие миллиарды устройств, использующих дешевые компьютерные чипы и беспроводные сети — от смарт-часов до датчиков температуры на электростанциях. Ожидается, что к 2035 году это число вырастет до одного триллиона устройств, для которых потребуется огромное количество портативных источников энергии.

Ученые говорят, что питать такое количество устройств литий-ионными батареями было бы нецелесообразно: для этого потребуется в три раза больше лития в год, чем производится во всем мире. Они также добавляют, что их устройство лучше традиционных фотоэлектрических устройств, поскольку изготовлено из материалов, оказывающих негативное влияние на окружающую среду.

Эксперименты начались в разгар пандемии Covid-19. С момента окончания эксперимента в августе 2021 года батарея продолжает вырабатывать энергию.

 

Источник: Кембриджский университет, фото: Паоло Бомбелли.


Это интересно


Новости партнеров